张家口地区风电接入对蒙西电网外送通道的影响分析及其稳控措施

2012年第30卷第1J9】内蒙古电力技术INNEIMONLIAE1ECTRL43张家口地区风电接入对蒙西电网外送通道的影响分析及其稳控措施韩晓明，苏征宇，宋巍，王能，龙方1华北电网北京超高压公司，北京102488；2华北电力大学，北京102206；3南方电网调峰调频发电公司天生桥水力发电总厂，贵州兴义562400；4南方电网调峰调频发电公司深圳抽水蓄能电站，广东广州518115摘要张家口地区风电机组容量的快速增加，使接入的京津唐电网电能质量、系统静态稳定、动态稳定方面受到影响。采用BPA软件建模，经过系统暂态稳定计算分析，电气计算结果表明，“3沽源变电站风电满负荷发电，蒙西电网外送断面的送电极限较风电出力为0时减少约600MW当万全变电站接入风电满负荷发电，蒙西电网外送断面的送电极限较风电出力为0时增加约400MW。根据稳定计算结果，得出结论当察北地区风电出力较高时，沽源变电站1台主变压器故障，另1台主变压器过载，建议在沽源变电站和各风电场装设安全自动稳定控制装置；当张北地区风电出力较高时，张北一万全线发生三相短路故障后，张万I线过载，建议在万全变电站和各风电场装设安全自动稳定控制装置。关键词风力发电；暂态稳定计算；电网；稳定控制装置；切机策略文献标志码B文章编号10086218201201004305IMPACTONOUTSUPPLYCHANNELOFWESTINNERMONGOLIAPOWERGRIDBYCONNECTINGZHANGJIAKOUWINDPOWERANDITSSTABILITYCONTROLMEASURESHANXIAOMING，SUZHENGYU。，SONGWEI，WANGNENG，LONGFANG41NORTHCHINABEIJINGEHVPOWERTRANSMISSIONCOMPANY，BEIJING102488；2NORTHCHINAELECTRICPOWERUNIVERSITY，BEIJING102206；3CHINASOUTHERNPOWERPGCTIANSHENGQIAOHYDROPOWERPLANTGUIZHOUXINGYI562400；4CHINASOUTHERNPOWERPGCSHENZHENPUMPEDSTORAGEPOWERSTATIONCONSTRUCTIONADMINISTRATION，GUANGDONGGUANGZHOU518115ABSTRACTWITHRAPIDINCREASEOFWINDTURBINECAPACITYINZHANGIIAKOUDISTRICTAFTERACCESSINGTOBEIJINGTIANJINTANGSHANPOWERGRID，POWERQUALITY，SYSTEMSTATICSTABILITY，ANDDYNAMICSTABILITYAREINFLUENCEDTHROUGHUSINGBPASOFTWAREMODELING，STABILITYCALCULATIONSSHOWSTHATWHENWINDPOWEROUTPUTINCHABEIDISTRICTISHIGHERONEMAINTRANSFORTNEROFGUYUANSUBSTATIONFAULTSTHEOTHEROVERLOADSITISPROPOSEDTOINSTALLAUTOMATICSTABILITYCONTROLDEVICEINGUYUANSUBSTATIONANDITSWINDFARMWHENWINDPO,LNWEROUTPUTINZHANGBEIDISTRICTISHIGHER，AFTERTHREEPHASEZHANGBEIWANQUANLINEII，ZHANGBEIWANQUANLINEIISSHORTCIRCUITOVERLOADITFAUHOCCURREDISPROPOSEDTOINSTALLSECURITYAUTOMATICSTABILITYCONTROLDEVICESINWANQUANSUBSTATIONANDOTHERWINDFARMSKEYWORDSWINDPOWERGENERATION；TRANSIENTSTABILITYCALCULATION；POWERGRID；STABILITYCONTROLDEVICE；CUTTINGMACHINESTRATEGY【收稿日期】【作者简介】201LLLO4韩晓明1985一，女，北京人，学十，丁程师，从事超高压继电保护_丁作。内蒙古电力技术2012年第30卷第1期0引言风力发电的主要特点是随机性与不可控性，主要随风速变化而变化。因此，风电并网运行对主电网运行带来诸多不利影响。过去张家口地区风电场装机容量小，对系统的稳定性影响较小N，随着张家口地区风力发电装机容量的不断增加，可能会产生电能质量问题，对系统产生较大影响，因此必须安装稳定控置装置，解决风电上网对主网运行的影响问题。本文对张家口地区的风电并网进行建模仿真分析，并验证安装稳定控制装置的必要性。L张家口地区风电概况及对主网的影响11张家口地区风电概况根据规划，以建设“千万千瓦级风电基地”为目标，到2011年，张家口地区已经完成风电投资300多亿元，风电装机容量发展到344GW，成为国内最大的风电基地。张家口地区风电均经500KV万全变电站和沽源变电站主变压器外送上网。2010年底张家口地区风电外送系统接线示意图见图1所示。12风电并网对主网的影响由于风速变化是随机性的，因此风电场的出力也是随机的，导致其容量可信度低，给电网有功、无满豫功功率平衡调度带来困难。在风电容量较高的电力网中，可能会产生电能质量问题，例如电压波动和闪变、频率偏差、谐波等。更重要的是，系统静态稳定、动态稳定、暂态稳定、电压稳定都需要验证。相同装机容量的风电场在不同的接人点对电网的影响也是不同的，在短路容量大的接入点对系统影响小，反之，影响就大。2系统暂态稳定计算21风电场机组实际出力选取方案2010年张北坝上地区百万级风电场风电机组选型均是根据风电机组的制造水平、技术成熟程度和价格，并充分考虑了风电场场址的风况特征和自然环境条件，选择了安全可靠、适应当地气候条件的机型，采用了能使各个机型发电量最大化的机组布置最优方案。由于风电场的特殊性，风电机组的出力受空气密度、风电机组利用率等因素的影响，其实际出力与理论值有一定的差距。211方案一考虑空气密度、尾流等因素的影响根据白塔风电场、龙源尚义风电场、七甲山风电场、坝头风电场等风电场的数据，综合空气密度修正、功率曲线折减、控制和湍流折减包括风机偏航ULL东辛营LL，I1泉100MW七甲山L100MWE岱海电厂黔电滕撼100MW、嗣二工地风电一495MW玉龙风电36MW德和风电495MW太平_口山麒2012第3O卷第1期韩晓明，等张家门地风电接入对蒙西电网外送通道的影响分析及其稳控措施45折减、尾流的影响、叶片污染折减、风力发电机组可利用率、厂用电、线损等能量损耗、气候影响停机等因素的影响分析，经过30左右的折减后，风电场风力机组综合出力系数为70，考虑到一定裕度，实际出力按风电场装机理论值的约80考虑。212方案二考虑机组检修、同时率的影响综合考虑风电场的厂用电、坝上地区通过察北或张北变电站接人系统的风电场风机同时率等因素，风电场出力折减系数取15，实际出力按风电场装机理论值的85考虑。结合张家口地区现有风电场的实际运行情况，本文相关计算中风电实际出力按风电场装机理论值的85出力考虑。22计算条件221计算模型计算工具采用WINDOWS版BPA软件；负荷采用40恒定功率和60感应电动机负荷构成的综合负荷模型；发电机模型采用考虑次暂态过程的”和EA“变化模型，计及调速系统和励磁系统的作用，对部分机组考虑投入电力系统稳定器PSS；张家口地区以220KV电压等级并网的风机多数为双馈式风机，因此全部采用双馈式变速风机模型。222故障类型和切除时间2221故障类型“L1”故障500KV一回线路三相永久故障，线路两侧三相跳闸。“2”故障500KV一回线路J相永久故障，双回线路两侧三相跳闸。2222切除时问500KV线路保护01S跳闸。220KV线路保护015S跳闸。联变保护500KV侧01S跳闸，220KV侧012S跳闸。安全自动装置动作时间，联切机时间为故障切除后02S。快速切机时间为故障切除后015S。223稳定判据11功角稳定在同步系统中任何主力机组之间不发生相对功角失步。2电压稳定故障消除后，主要枢纽变电站母线电压能够恢复到运行允许范围，母线电压低于075PU的持续时间不超过1S。3频率稳定不发生系统频率崩溃，能够恢复到正常范围，且不影响大机组的安全运行。224稳定控制措施主要采用切机、解列、切负荷等稳定措施。1切机、切负荷时间见222中所述；2解列措施按失步振荡自动解列和故障后发信号解列线路相结合考虑。225潮流及负荷分析2251潮流2010年张家口地区风电正常方式下潮流图见图2。蒙西电网外送断面2个通道共4回500KV线路丰万双回汗沽双回，由丰万线路L故障决定断面的热稳定极限约为4666MW；由丰万线丰侧三相永久性故障决定断面的热稳定极限约为7900MW，暂稳送电能力远大于热稳定极限。因此，蒙西电网外送断面的送电能力取决于热稳定极限，约4666MW按线路40热稳定极限控制内蒙古外送极限，考虑风电0出力。以丰万线1故障热稳定极限确立计算用基本潮流丰泉一万全双回线路送电2723MW；汗海一沽源双回线路送电1422MW；蒙西电网2个通道外送潮流共计4145MW。沽源一太平双回线路送电2340MW。万全顺义三回线路送电3557MW。沽源变电站串联补偿装置投人汗海至沽源双回线补偿度40，沽源一太平双回线补偿度45。2252负荷分析张家口地区负荷根据张家口地区电网“十二五”规划预测的20L1年负荷水平确立，各地区负荷分别为张北45MW，阎家屯195MW，榆林185MW，宣西165MW，侯家庙280MW，宣东125MW，上花园210MW，三马坊170MW，怀来125MW，青水125MW，西合营155MW，赵川125MW，沙岭子90MW。由万全变电站、张北风电和槐安热电厂共同接带的负荷包括阎家屯、沙岭子、榆林、宣西、宣东、赵川、侯家庙7个变电站共计1155MW。槐安热电厂2台300MW机组满负荷发电，出力共计552MW。由于青水变电站有L15MW负荷，因此送入系统的功率实际约为432MW。通过张北万全双回220KV线路送出的风电共计460MW。在此运行方式下，万全变电站2台主变压器为降压变压器，带地区负荷约200MW。通过察北沽源一回220KV线路送出的风电共计688MW，根据系统一次专业技术人员对线路无功功率补偿的校验，该输送容量已经达到了线路的极限。内蒙古电力技术2012年第30奄第1期S3S3丰泉图2张家口地区风电场正常方式潮流23暂态稳定计算231正常运行方式在正常的运行方式下暂态的稳定计算结果如表1所示。表1正常运行方式下暂态稳定计算结果线路名称故障点稳定情况汗海一沽源双回500KV线路汗海2沽源一太平双回500KV线路沽源L2丰泉一万全双回500KV线路丰泉L2万全顺义三回500KV线路万全_3沽源变压器220KV侧AL1张北一万全双回220KV线路张北侧NL系统稳定运行系统稳定运行蒙西电网机组失稳，切除部分机组后恢复蒙西电网机组失稳，切除部分机组后恢复系统稳定运行系统稳定运行2311汗海一沽源，汗海侧故障跳双回线路500KV系统保持稳定运行。当设置风机电压低于09PU，切机时间为008S时，沽源东辛营风电场和大脑包风电场全部风机与系统解列；当设置风机电压低于O9PU，切机时间超过01S时，由于系统电压已恢复，沽源东辛营风电场和大脑包风电场风机未解列。该参数在各风电场风机设置不统一，但无论是否解列，并不影响主网稳定运行。2312沽源一太平，沽源侧故障跳双回线路城计算结果同上。2313丰泉一万全，丰泉侧故障跳双回线路蒙西电网机组失稳，且为同摆。系统母线电压剧烈振荡。故障后015S切除丰镇发电厂1台600MW机组，故障后02S切除达拉特发电厂1台600MW机组，系统恢复稳定运行。蒙西电网2个通道安全自动化装置功能继续适用。当设置风机电压低于09PU，切机时间为008S时，单晶河风电场全部风机与系统解列。2314万全顺义，万全侧故障跳三回线路蒙西电网机组失稳，且为同摆。系统母线电压剧烈振荡。故障后015S切除岱海发电厂、丰镇发电厂各1台600MW机组，故障后02S切除达拉特发电厂1台600MW机组，系统恢复稳定运行。蒙西电网2个通道安全自动化装置功能继续适用。2315沽源主变压器，220KV侧故障跳三侧500KV系统保持稳定运行。当设置风机电压低于09PU，切机时间为008S时，沽源东辛营风电场和大脑包风电场全部风机与系统解列，白塔风电场部分风机与系统解列；则主变压器无过载。当设置风机电压低于09PU，切机时间超过015S时，由于系统电压已恢复，各风电场风机未解2012430卷第1期韩晓JJ，等张家FL地风电接人对蒙听电网外送通道的影响分析及T稳控措施47列，沽源变电站另L台主变压器过载约26，需切除部分风电机组。2316张北一万全，张北侧故障跳一回线路500KV系统保持稳定运行。张北一万全I线导线型号为LGI一400，40。C热稳定极限为271MVA；张北一万全线导线型号为LGJ一400X2，40。C热稳定极限为543MVA。当设置风机电压低于09PU，切机时间为O08S时，连接于张北变电站的全部风电场风机与系统解列，张北一万全220KV线路无过负荷问题。当设置风机电压低于09PU，切机时间超过015S时，由于系统电压已恢复，各风电场风机未解列，如张万线断开，则张万I线过负荷，需切除部分风电机组。232其他运行方式岱海发电厂4台机组满负荷发电丰泉万全双回线路送电2475MW；汗海一沽源双回线路送电1667MW；蒙西电网2个通道外送潮流共计4142MW。沽源一太平双回线路送电2582MW。万全一顺义三回线路送电4394MW。重新校验汗沽、沽平_2故障，无稳定问题。沽源风电0出力丰泉500KV母线电压540KV，汗海500KV母线电压5433KV，沽源500KV母线电压5437KV，沽源220KV母线电压249KV，察北220KV母线电压2675KV，尚义220KV母线电压2758KV，康保220KV母线电压2717KV，均超过规程允许的额定电压110的上限。建议在各风电场装设可快速调节的无功功率补偿装置。张北风电0出力丰泉500KV母线电压538KV，汗海500KV母线电压5348KV，万全500KV母线电压5324KV，张北220KV母线电压2413KV，均超过规程允许的额定电压110的上限。建议在各风电场装设可快速调节的无功功率补偿装置。降低。电气计算结果表明，在沽源变电站风电满负荷发电时，蒙西电网外送断面的送电极限较风电出力为0时，极限减低约600MW。同样，对于万全变电站接人的风电，风电的出力大小也对蒙西电网2个外送通道上的潮流分布有影响。与沽源变电站风电不同的是，万全变电站风电的接人，可以减轻丰万双回线的潮流，有利于均衡丰万顺和汗沽平通道上的潮流分布。电气计算结果表明，万全变电站接入风电满负荷发电时，蒙西电网外送断面的送电极限较风电出力为0时，极限增加约400MW。另外根据计算，若在汗沽、沽平线上分别加装40、45的串联补装置后，不仅可以抵消“十一五”期间张家口风电的接人给蒙西电网外送断面送电能力带来的影响，还可在一定程度上提高该断面原有的外送能力。4结论通过本文的计算分析，结论如下1汗海一沽源通道断开时，无稳定问题。2沽源一太平通道断开时，无稳定问题。3丰泉一万全通道断开时，原有蒙西电网2个通道安全自动化装置功能继续适用。采取切机措施后，系统恢复保持运行。4万全顺义通道断开时，原有蒙西电网2个通道安自装置功能继续适用。采取切机措施后，系统恢复，保持运行。5沽源变电站1台主变压器故障时可能出现另1台主变压器过载情况。6张万线断开时，张万I线可能出现过载情况。7风机是否与系统解列与各风电场风机性能有关。但无论是否解列，都不影响系统稳定。3稳定计算结果及对蒙西电网外送通道的影响分析5建议张家口地区已并网的风电约有1980MW，其中沽源变电站接入风电1100MW，万全变电站接入风电880MW。由于风电接人沽源变电站并通过沽源一太平双回线送出，占用了沽源一太平双回线的一部分送电能力，根据潮流自然分布的规律，使得丰万线上的潮流加重，这种潮流不均衡现象带来的直接后果就是导致蒙西电网外送断面的送电极限进一步51加装安全自动稳定控制装置从暂态稳定的角度对沽源和张北地区计算结果进行分析，并提出对安全自动稳定控制装置的要求如下察北地区风电出力较高时，沽源1台主变压器故障，另1台主变压器过载。建议在沽源变电站和各风电场设置安全自动稳定控制2012年第30卷1蝴侯，等500KV输电线路架地线提线的研制7支J1J51清理现场也简单，整个过程运用的工作人员少，安全监护点少，提高了检修的安全性，减少了检修的工作时间和工作效率。322工作效率比较根据表2的对比结果可知，采用架空地线提线器在日常架空地线的检修工作中，尤其在抢修架空地线方面，不仅减少人员数量还节省时间。323经济效益处理架空地线脱落事故，传统的检修方法是在架空地线挂点联板处固定1个滑车，将传递绳通过滑车把架空地线绑好。传递绳另1头绑到汽车上，用车把架空地线提升到滑车固定的位置，此时滑车会卡住架空地线无法继续往上提升，这时只能塔上电工把架空地线从滑车下面提上来。用钢丝绳套绑架空地线，用绞棒提升架空地线，需4H，人力约20人。而运用架空地线提线器方法，可在1H内完成工作，人力仅需L0人。可见新方法不仅省人力，还可提前3H送电，具有较好的经济性。4结论及建议41结论架空地线提线器的研制，解决了检修架空地线时无专用提线工具的问题。新工具有操作灵活、安全可靠、携带方便等特点。除方便安全的完成检修架空地线工作外，还可及时处理架空地线的缺陷，省时省力，同时大大降低了检修成本，消除了的安，一，装置，监测沽源变电站主变压器过载情况，并向各风电场转发切机命令。张北地区风电出力较高时，张万线发生三相永久性故障，张万I线过载。建议在万全和各风电场设置安全自动稳定控制装置，监测张万线断开情况并向各风电场发送切机命令。52设置安全自动稳定控制装